黄少铭/张琪AEM:MOF-硫共聚物正极助力锂硫电池1000次循环!

黄少铭/张琪AEM:MOF-硫共聚物正极助力锂硫电池1000次循环!
锂硫电池(LSB)s被认为是最有前景的储能器件之一。然而,可溶性多硫化物(PSs)的严重穿梭效应限制了它的进一步应用。金属有机框架(MOFs)因其在限制和捕获PSs方面的优势而成为一种新型的硫主体。然而,它会导致缓慢的氧化还原动力学,导致比容量低和寿命短,尤其是在高硫负载下。
广东工业大学黄少铭、张琪等通过将硫与乙烯基官能化MOF共聚,成功设计并构建了一种由MOF-硫共聚物组成的高效硫正极,命名为CNT@UiO-66-V-S,以加速氧化还原动力学并抑制穿梭效应。
黄少铭/张琪AEM:MOF-硫共聚物正极助力锂硫电池1000次循环!
图1 UiO-66-VS的合成路线示意图
此前的研究已证明将元素硫(S8)与有机分子如1,3-二异丙烯基苯、二乙烯基苯、四(烯丙氧基)-1,4-苯醌和 4-乙烯基-1,2-环氧环己烷(VE)共聚,可有效促进氧化还原动力学以及提高Li+转移速率。
受此启发,通过类似的反向硫化反应将硫与MOF共聚有望实现更快的氧化还原动力学,并同时减少PSs的扩散。系统的电化学实验和原位拉曼光谱分析表明,这种共聚正极表现出自由基反应机制,可以极大地加速PSs的转化并抑制锂枝晶的生长。
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图2 电化学性能
因此,研究显示,与物理混合的MOF/S正极相比,CNT@UiO-66-V-S共聚正极在1 C下经过500次循环后的放电容量提高了100%,在1000次循环期间每次循环的衰减率降低了0.028%。
此外,在0.2 C和5.6 mg cm-2的高硫负载下实现了稳定循环。MOF-硫共聚策略为促进反应动力学和解决穿梭效应提供了新的解决方案,并有望启发用于高性能锂硫电池的先进硫主体的设计。
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图3 原位拉曼光谱分析
Copolymerization of Sulfur Chains with Vinyl Functionalized Metal−Organic Framework for Accelerating Redox Kinetics in Lithium−Sulfur Batteries. Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202104074

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